橋梁綜合管控平臺(tái)的研發(fā)與應(yīng)用

史文秀

(1.山西省交通建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心(有限公司) 太原市 030032； 2.橋梁工程防災(zāi)減災(zāi)山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 太原市 030032)

0 引言

截止2017年底，山西省高速公路通車?yán)锍?335km，其中橋梁近6284座，2019年新開通了長臨高速、運(yùn)保高速、神苛高速進(jìn)一步增大了養(yǎng)護(hù)管理工作量。目前的養(yǎng)護(hù)工作主要存在以下問題：事務(wù)繁多，信息傳遞速度慢，工作效率低下；基層工作難以有效監(jiān)管；應(yīng)急事件無法掌控，難以正確決策；報(bào)表統(tǒng)計(jì)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，難以統(tǒng)一，準(zhǔn)確度較低；養(yǎng)護(hù)成本較難控制。因此，大體量公路資產(chǎn)的統(tǒng)一管理、統(tǒng)一決策，必須建立省級(jí)的綜合性數(shù)據(jù)平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析[1]，依靠先進(jìn)的、綜合的智慧管控平臺(tái)進(jìn)行線上智能監(jiān)管[2-3]，走科學(xué)管養(yǎng)之路。

依托山西省交通運(yùn)輸廳科技項(xiàng)目《橋梁運(yùn)維數(shù)據(jù)庫建設(shè)與跨庫融合技術(shù)研究》，介紹“山西省橋梁綜合管控平臺(tái)”的研發(fā)核心和應(yīng)用情況，體現(xiàn)了平臺(tái)的先進(jìn)性和適用性。

1 平臺(tái)框架及優(yōu)勢(shì)

“山西省橋梁綜合管控平臺(tái)”采用B/S架構(gòu)開發(fā)[4-5]。面向省級(jí)的橋梁養(yǎng)護(hù)管理、病害調(diào)查[6]、科學(xué)決策，包含三個(gè)終端、六大模塊、二十四項(xiàng)功能(圖1)，可滿足管理、養(yǎng)護(hù)、檢測人員的需求。與同類平臺(tái)相比，存在以下優(yōu)勢(shì)：

圖1 平臺(tái)框架圖

(1)開發(fā)了參數(shù)化建模和自動(dòng)編號(hào)功能，實(shí)現(xiàn)裝配式梁橋、整體現(xiàn)澆梁橋、連續(xù)剛構(gòu)橋、圬工拱橋、鋼筋混凝土拱橋、斜拉橋等橋型的參數(shù)化建模和自動(dòng)編號(hào)。

(2)開發(fā)了病害展開圖自動(dòng)生成功能，實(shí)現(xiàn)了除懸臂施工梁橋外所有梁式橋的病害[7]展開圖自動(dòng)生成。

(3)開發(fā)了病例管理功能，服務(wù)于全壽命周期養(yǎng)護(hù)管理，實(shí)現(xiàn)了歷史病害追蹤、統(tǒng)計(jì)，滿足了系統(tǒng)長期應(yīng)用的要求。

(4)開發(fā)了專家協(xié)助功能，現(xiàn)場記錄的病害標(biāo)度達(dá)到4、5時(shí)，短信通知公司設(shè)定的專家聯(lián)系現(xiàn)場進(jìn)行遠(yuǎn)程問診，專家團(tuán)隊(duì)均為正高級(jí)工程師或部門負(fù)責(zé)人。

2 業(yè)務(wù)邏輯

2.1 定期檢查

定期檢查作業(yè)需要由養(yǎng)護(hù)單位、檢測單位共同完成。養(yǎng)護(hù)單位主要負(fù)責(zé)基礎(chǔ)信息維護(hù)、項(xiàng)目委托和報(bào)告驗(yàn)收確認(rèn)；檢測單位主要負(fù)責(zé)項(xiàng)目指派和技術(shù)狀況評(píng)定。除病害采集使用“橋易檢APP”外，基本均使用“山西省橋梁綜合管控平臺(tái)”WEB客戶端完成相關(guān)操作。

圖2 定期檢查流程圖

通過智能技術(shù)狀況評(píng)定和自動(dòng)檢測報(bào)告生成，應(yīng)用本平臺(tái)可在不影響外業(yè)工作效率的前提下，減少95%以上的內(nèi)業(yè)工作，僅需確認(rèn)、下載、審核、調(diào)整即可完成內(nèi)業(yè)工作。尤其是病害展開圖的自動(dòng)生成，節(jié)省內(nèi)業(yè)工作平均不低于1d/橋。同時(shí)，系統(tǒng)報(bào)告模塊依據(jù)橋梁養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)化具體要求進(jìn)行定制，包含了病害呈現(xiàn)和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，保證了報(bào)告的準(zhǔn)確度和深度。

2.2 經(jīng)常檢查

經(jīng)常檢查作業(yè)由養(yǎng)護(hù)單位獨(dú)立完成，流程包含任務(wù)指派、病害采集、任務(wù)審核三個(gè)步驟。其中病害采集使用“橋梁養(yǎng)護(hù)管理”微信小程序。錄入流程與定期檢查病害錄入相同，通過信息化工具引導(dǎo)養(yǎng)護(hù)工作向?qū)I(yè)化前進(jìn)。同時(shí)，WEB客戶端自動(dòng)生成了經(jīng)常檢查報(bào)表，簡化了養(yǎng)護(hù)人員的內(nèi)業(yè)工作，保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性。

2.3 養(yǎng)護(hù)決策咨詢

養(yǎng)護(hù)決策咨詢由咨詢單位獨(dú)立完成。采用基于層次分析法的決策模型開展分析計(jì)算，流程包含選擇養(yǎng)護(hù)單位、選擇決策參數(shù)、選擇決策目標(biāo)三個(gè)步驟。該模塊主要建立在病害采集、技術(shù)狀況評(píng)定、維修對(duì)策管理、橋梁決策模型四項(xiàng)功能基礎(chǔ)上，通過維修優(yōu)先級(jí)排序和養(yǎng)護(hù)經(jīng)費(fèi)預(yù)測實(shí)現(xiàn)了常規(guī)維修策略和特殊維修策略下的養(yǎng)護(hù)資源分配優(yōu)化。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了構(gòu)件庫、病害庫、檢查庫、維修庫數(shù)據(jù)的跨庫融合。

3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

3.1 基礎(chǔ)信息

平臺(tái)使用了自由定制的基礎(chǔ)信息統(tǒng)計(jì)模式，支持用戶自定義X軸和分組方式，以及按照數(shù)量、長度兩種方式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可自定義選擇四類統(tǒng)計(jì)圖表作為常列統(tǒng)計(jì)項(xiàng)進(jìn)行顯示。同時(shí)兼顧了養(yǎng)護(hù)、檢測等不同用戶的需求，顯著提高了適用性。

3.2 病害信息

平臺(tái)提供了按照路線路段、養(yǎng)護(hù)單位和具體橋梁進(jìn)行不同橋型下不同病害的病害信息統(tǒng)計(jì)功能，包含了病害數(shù)量(個(gè)/條)、病害總計(jì)(cm/cm2)、數(shù)量發(fā)生率(病害數(shù)量/橋梁數(shù)量)、總計(jì)發(fā)生率(病害總計(jì)/橋長總計(jì))，用以通過不同的形式評(píng)價(jià)橋梁建設(shè)和養(yǎng)護(hù)的質(zhì)量，并能為區(qū)域的養(yǎng)護(hù)維修工程提供準(zhǔn)確工程量。

4應(yīng)用情況

4.1 病害采集

2020年，“山西省橋梁綜合管控平臺(tái)”及“橋易檢APP”全面應(yīng)用于省級(jí)高速公路橋梁定期檢查，完成檢測項(xiàng)目29項(xiàng)，評(píng)定橋梁3724座，病害累計(jì)235459條。根據(jù)系統(tǒng)使用記錄統(tǒng)計(jì)，檢測速度25.82m/人/h，0.92跨/人/h，可見使用“橋易檢APP”進(jìn)行現(xiàn)場檢測時(shí)檢測速度與傳統(tǒng)書面記錄方式?jīng)]有明顯區(qū)別，信息化檢測手段不影響現(xiàn)場檢測進(jìn)度，不增加外業(yè)工作成本。

4.2 病害統(tǒng)計(jì)

對(duì)4.1所述235459條病害進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，具體分布情況見表1。由其可見，上部承重構(gòu)件、上部一般構(gòu)件、支座、墩臺(tái)、伸縮縫病害占比較大，其他部分總計(jì)8.12%。伸縮縫病害中裂縫占比94.03%，錨固區(qū)缺陷占比5.09%，失效占比0.88%，其他部件具體見圖3～圖6。

圖6 墩臺(tái)病害統(tǒng)計(jì)

表1 不同位置部件病害數(shù)量及占比

圖3 上部承重構(gòu)件病害統(tǒng)計(jì)

根據(jù)圖3、圖4，不超限裂縫(最大縫寬小于等于0.2mm)為上部結(jié)構(gòu)的主要病害，包含橫向裂縫、豎向裂縫等受力裂縫以及其他裂縫。對(duì)于70座三類橋，橫向裂縫2330條，豎向裂縫4324條，裂縫總計(jì)9909條，各自占比23.5%及43.6%。對(duì)于一類、二類橋，主要為腹板、馬蹄等的縱向裂縫。

圖4 上部一般構(gòu)件病害統(tǒng)計(jì)

根據(jù)圖5，老化變質(zhì)、開裂為支座的主要病害。根據(jù)圖6，不超限裂縫(最大縫寬小于等于0.3mm)是墩臺(tái)的主要病害，鋼筋銹蝕亦占相當(dāng)比例。

圖5 支座病害統(tǒng)計(jì)

4.3 養(yǎng)護(hù)分析

目前，針對(duì)上部結(jié)構(gòu)超限裂縫(最大縫寬大于0.2mm)、下部結(jié)構(gòu)超限裂縫(最大縫寬大于0.3mm)，認(rèn)為其為受力裂縫，采用裂縫注膠的方式進(jìn)行修復(fù)；針對(duì)其他不超限裂縫，認(rèn)為其為溫縮裂縫等非受力裂縫，采用裂縫封閉的方式進(jìn)行修復(fù)。然而，三類橋上部承重構(gòu)件中豎向裂縫、橫向裂縫占比67.1%，超限裂縫卻僅占2.7%。顯然，僅將超限裂縫認(rèn)定為受力裂縫進(jìn)行裂縫注膠維修不合理，跨中腹板豎向裂縫、底板橫向裂縫等不超限受力裂縫采用裂縫封閉方式修復(fù)后，隨著荷載的反復(fù)作用，尤其是重載交通的作用，再次開裂的概率很高。封閉后裂縫再次崩開的現(xiàn)象(圖7)也證明了以上判斷。

圖7 裂縫封閉后膠體局部開裂

因此，檢測工程師在病害調(diào)查過程中需加強(qiáng)對(duì)受力裂縫的判斷和標(biāo)識(shí)，以指導(dǎo)養(yǎng)護(hù)維修。

老化變質(zhì)、開裂為支座的主要病害，表明橡膠支座的材料性能存在明顯缺陷，需加強(qiáng)在建設(shè)過程中的質(zhì)量控制。

5 結(jié)論

綜上所述，可得以下結(jié)論：

(1)“山西省橋梁綜合管控平臺(tái)”及“橋易檢APP”的應(yīng)用，在不增加外業(yè)檢測成本的前提下，實(shí)現(xiàn)了智能技術(shù)狀況評(píng)定、自動(dòng)檢測報(bào)告生成、定制化病害統(tǒng)計(jì)分析、養(yǎng)護(hù)決策分析，應(yīng)用情況良好，是適應(yīng)信息化時(shí)代的積極探索。

(2)省級(jí)高速公路橋梁定期檢查病害統(tǒng)計(jì)情況表明，受力裂縫占比遠(yuǎn)超超限裂縫，僅將超限裂縫認(rèn)定為受力裂縫進(jìn)行裂縫注膠維修不合理，檢測工程師在病害調(diào)查過程中需加強(qiáng)對(duì)受力裂縫的判斷和標(biāo)識(shí)，以指導(dǎo)養(yǎng)護(hù)維修。